Concepten

1 type

2 type, gelaagd

2 type gescheiden

Materiaal

Zand

Aquasoil

Biologie

Anaerobische laag / denitrificatie

Sulfide

Absorption of Mineral Nutrients

Plants absorb most mineral nutrients from the soil as ions. Some of these essential elements are cations, including potassium (K⁺), calcium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺), iron (Fe³⁺ or Fe²⁺), manganese (Mn_²⁺), sodium (Na⁺), zinc (Zn²⁺), copper (Cu⁺ and Cu²⁺), and nickel (Ni²⁺). Other nutrients are found in the form of anions, including dihydrogen phosphate (H₂PO₄^–) or hydrogen phosphate (HPO₄^2–), sulfate (SO₄^2-), chloride (Cl^–), and molybdate (MoO₄^2-). Plants obtain nitrogen from the soil as nitrate (NO₃^–) or ammonium (NH₄⁺). Boron is absorbed as boric acid (H₃BO₃) or its conjugate base, dihydrogenborate (H₂BO_3^–). Silicon is available as silicic acid (H₄SiO₄).

Cations in the soil are bound to negatively charged clay particles or the organic acids that form humus, and this makes it difficult for plants to absorb them. Plants have a mechanism called cation exchange, which releases cations and frees them for absorption (figure 15.1.215.1.2). This occurs when the roots pump protons (H⁺) into the soil. The protons bind to the clay and humus, taking the place of the cation nutrients, such as K⁺ ,Ca²⁺, and Mg²⁺. These nutrients are then freely dissolved in the water in the soil and can enter the roots. Roots can also increase proton concentration (decrease pH) of the soil indirectly by releasing carbon dioxide, which reacts with water to form carbonic acid. Protons released when carbonic acid molecules disassociate can then contribute to cation exchange.

To absorb iron, plants must either release protons creating acidic conditions, which promote the conversion (oxidation) of Fe³⁺ to Fe²⁺, or produce special compounds called siderophores. These bind to Fe³⁺ forming a complex, which can then be transported into the root.

Because anions are not attracted to clay and humus in the soil, it is easier for them to leach from the soil when it is irrigated or when it rains. For this reason, anions like nitrates and phosphates are common causes of eutrophication (see Threats to Biodiversity).

Mycorrhizae, the symbiotic fungi that grow around or inside of root cells, help plants absorb a variety of mineral nutrients, particularly phosphorus.

Absorptie van minerale voedingsstoffen

Planten nemen de meeste minerale voedingsstoffen uit de bodem op als ionen. Enkele van deze essentiële elementen zijn kationen, waaronder kalium (K+), calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), ijzer (Fe3+ of Fe2+), mangaan (Mn2+), natrium (Na+), zink (Zn2+), koper (Cu+ en Cu2+) en nikkel (Ni2+). Andere voedingsstoffen worden aangetroffen in de vorm van anionen, waaronder diwaterstoffosfaat (H2PO4-) of waterstoffosfaat (HPO42-), sulfaat (SO42-), chloride (Cl-) en molybdaat (MoO42-). Planten halen stikstof uit de bodem als nitraat (NO3-) of ammonium (NH4+). Boor wordt geabsorbeerd als boorzuur (H3BO3) of zijn geconjugeerde base, diwaterstofboraat (H2BO3-). Silicium is verkrijgbaar als kiezelzuur (H4SiO4).

Kationen in de bodem zijn gebonden aan negatief geladen kleideeltjes of de organische zuren die humus vormen (zie Bodems), waardoor planten ze moeilijk kunnen opnemen. Planten hebben een mechanisme dat kationenuitwisseling wordt genoemd en dat kationen vrijgeeft en vrijmaakt voor opname. Dit gebeurt wanneer de wortels protonen (H+) in de grond pompen. De protonen binden zich aan de klei en humus en nemen de plaats in van de kationvoedingsstoffen, zoals K+, Ca2+ en Mg2+. Deze voedingsstoffen worden dan vrij opgelost in het water in de bodem en kunnen de wortels binnendringen. Wortels kunnen ook indirect de protonenconcentratie (verlagende pH) van de grond verhogen door koolstofdioxide vrij te maken, dat reageert met water om koolzuur te vormen. Protonen die vrijkomen wanneer koolzuurmoleculen uit elkaar gaan, kunnen dan bijdragen aan kationenuitwisseling.

Om ijzer te absorberen, moeten planten protonen afgeven die zure omstandigheden creëren, die de omzetting (oxidatie) van Fe3+ in Fe2+ bevorderen, of speciale verbindingen produceren die sideroforen worden genoemd. Deze binden zich aan Fe3+ en vormen een complex, dat vervolgens naar de wortel kan worden getransporteerd.

Omdat anionen niet worden aangetrokken door klei en humus in de grond, kunnen ze gemakkelijker uit de grond lekken als deze wordt geïrrigeerd of als het regent. Om deze reden zijn anionen zoals nitraten en fosfaten veelvoorkomende oorzaken van eutrofiëring (zie Bedreigingen voor de biodiversiteit).

Mycorrhizae, de symbiotische schimmels die rond of in wortelcellen groeien, helpen planten een verscheidenheid aan minerale voedingsstoffen, met name fosfor, te absorberen.